《智能网联汽车整车综合测试》课件 情境二 任务十二 自动驾驶循迹功能测试

任务十二自动驾驶循迹系统测试智能网联汽车整车综合测试某国产自主品牌汽车整车试验部智能网联汽车自动驾驶循迹系统可以实现车辆在无人操控的状态下自动行驶。今天，小刚就要在王工的指导下，让车辆“神奇”的自己开动起来。如果你是小刚，你将从哪里开始工作呢?1.自动驾驶循迹系统结构组成是什么？2.如何规范完成系统综合测试？主任试验工程师王工、实习试验技师小刚能根据自动驾驶循迹系统结构组成，规范完成系统部件检查以及相关测试准备工作。能根据自动驾驶循迹系统测试目标与测试方法，规范完成自动驾驶循迹系统综合测试。自动驾驶定位技术在自动驾驶车辆的行驶过程中，准确可靠的汽车位置和姿态等定位信息是实现自动驾驶的前提与基础。自动驾驶要求定位系统能够准确，实时感知自身在全局环境中的相对位置且定位精度要求达到厘米级，同时要求可靠和安全性。测试准备自动驾驶定位技术按应用需求来将自动驾驶定位进行分类,汽车定位分为：测试准备高精度地图汽车自身定位技术无线通信辅助汽车定位自动驾驶定位技术主流的自动驾驶定位技术大致分为如下三类:测试准备自动驾驶定位技术地图匹配基于信号的定位航迹递推自动驾驶定位技术地图匹配是用激光雷达或者摄像头采集到的数据特征与高精度地图数据库中的特征进行匹配，得到实时的汽车位姿。根据视觉或者激光雷达的定位，与数据库中的特征匹配，确定车辆本体的位置和环境。测试准备匹配前的地图地图匹配之后的效果自动驾驶定位技术基于信号的定位。采用飞行时间测距法获取汽车与卫星的距离信息，常见的卫星系统有北斗导航系统或者GPS。测试准备北斗卫星导航系统示意图自动驾驶定位技术航迹递推是依靠加速计、陀螺仪和里程计等，根据上一个时刻的车辆位置和航向，递推当前位置和航向。航位推算的本质是在初始位置上累加位移矢量计算当前位置，它是一个信息累加的过程。测试准备三维航迹递推自动驾驶定位技术测试准备自动驾驶循迹定义智能网联汽车自动驾驶循迹功能是一种车辆的自动驾驶系统通过激光雷达系统，进行先建图后沿预定路线进行自动驾驶的功能。自动驾驶循迹能够使车辆能够快速的在陌生环境下进行自动驾驶。自动驾驶循迹功能所使用的传感器除了激光雷达外还有采用摄像头的技术方案。测试准备自动驾驶循迹定义测试准备激光雷达与环境点云数据激光雷达系统一般由激光发射器、扫描与光学部件和感光部件三个部分组成。激光发射器可发出波长为600nm～1000nm的激光射线；扫描与光学部件主要用于收集激光反射点信息，即获取射向该反射点的激光发射到接收的时间差和水平角度信息；感光部件主要检测反射光的强度，因此检测到的每一个点都包括了空间坐标信息以及光强度信息。激光雷达测量目标物体实际距离的方式是通过向目标物体发射激光，再利用激光从发射到接收的时间间隔来计算距离的。测试准备激光雷达与环境点云数据利用激光雷达测距获取车辆周围信息的过程通过激光雷达点云图实现，具体过程是利用发射器和接收器，在短时间内发射万级到十万级的激光脉冲。每次发射脉冲后，都可以获得一个经被测物体反射回接收器的点的具体坐标。在此激光雷达点云图的采样过程中，当获得足够多的点坐标是，即可产生车辆周围环境的激光点云图，进而将车辆周围的环境信息量化。最后，通过激光的发射距离及发射角度，运用简单的几何变换可以推导出物体的形状轮廓和位置信息等测试准备激光雷达与环境点云数据激光雷达点云生成原理如图所示：测试准备激光雷达点云图生成原理激光雷达技术优势与自动驾驶技术发展趋势激光雷达技术的显著特点是激光雷达技术颠覆传统了二维投影成像模式，可采集目标表面深度信息，得到目标相对完整的空间信息，经数据处理重构目标三维表面，获得更能反映目标几何外形的三维图形，同时还能获取目标表面反射特性、运动速度等丰富的特征信息，为目标探测、识别、跟踪等数据处理提供充分的信息支持、降低算法难度；测试准备激光雷达技术优势与自动驾驶技术发展趋势激光技术是一种主动探测技术，具有测量分辨率高，抗干扰能力强、抗隐身能力强、穿透能力强和全天候工作的特点。具体来说，相对于摄像头，激光雷达由于为主动发射光束，因此较少受周围环境如弱光、雨雪烟尘的影响；摄像头在进行图像识别处理时需要消耗大量的处理器能力，而激光雷达产生的三维地图信息更容易被计算机解析。相较于毫米波雷达，激光雷达的分辨率更高。测试准备激光雷达技术优势与自动驾驶技术发展趋势在自动驾驶领域，激光雷达与其它传感器融合感知的技术方案被认为可以有效提高车辆对于周围环境感知的准确度。目前智能网联汽车较多的是采用“毫米波雷达+摄像头”的方案进行自动驾驶环境感知，随着车载激光雷达的普及，“3D激光雷达+高精度导航地图+云计算”被认为是更理想的技术方案。测试准备激光雷达系统检查与数据读取典型激光雷达系统由激光雷达、连接线束及数据处理器组成。其中激光雷达一般安装与车辆顶部高处，用于最大范围探测车辆360度周边。测试准备激光雷达系统激光雷达系统检查与数据读取激光雷达系统检查的项目包括激光雷达部件检查、安装检查、线束连接检查、激光雷达点云数据检查。测试准备激光雷达系统检查项目激光雷达部件检查安装检查线束连接检查激光雷达点云数据检查激光雷达系统检查与数据读取激光雷达部件检查需查看部件外观是否完好，是否外罩由污损；安装检查，查看激光雷达安装螺栓是否紧固，安装平面是否符合车辆设计要求；线束连接检查需检查系统线路中各插接件是否连接牢固，线束走向是否顺畅，必要时进行线束整理与捆扎固定。注意，激光雷达近距离、长时间对眼部照射可能造成视觉伤害，激光雷达在工作时外壳温度容易造成烫伤，因此激光雷达部件、安装与线束连接检查需在车辆未启动时进行。测试准备激光雷达系统检查与数据读取激光雷达数据在可视化软件中呈现的激光雷达图像如图所示，在点云图像中，颜色代表了激光反射的强度差异，可用于区分环境物体材质以进行被识别物归类。激光雷达图像测试准备激光雷达系统检查与数据读取激光雷达系统点云数据读取可按照以下步骤进行操作测试准备激光雷达系统点云数据检查步骤自愿组队法•每5人一组，学生自愿组建团队•组内推选出组长测试准备•小组成员轮流对任务书进行填写。•讨论过程中将相关工作内容填入表格。

测试准备激光雷达系统检查测试准备根据整车测试任务书对各项信息进行确认讨论测试任务策划方案，将工作内容记录在表。测试准备智能网联实训汽车智能驾驶教学平台实训服装工作手套工具扳手、纸、笔车辆技术手册测试准备注意工具跌落砸伤注意磕碰危险•测量结果与记录册是否一致•平台设备完好，避免损坏测试准备同步定位与地图构建(SLAM，SimultaneousLocalizationAndMapping)包含车辆的定位与地图的构建两部分。主要解决自动驾驶中的两个问题：1）周围世界是什么样的（建图）：从各个角度去感知；融合各种测量去形成地图；以自身位置完全可知为前提。2）自车这个环境中的位置（定位）：以完美的环境感知模型为前提，建立车辆对于环境的探测。激光雷达同步定位与地图（SLAM）原理综合测试SLAM可以使自动驾驶汽车以及机器人从未知环境的未知地点出发，在运动过程中通过观测到的环境特征定位自身位置和姿态，再根据自身位置构建周围环境的地图，从而达到同时定位和地图构建的目的。在进行定位和建图时，SLAM主要借助传感器来获取原始数据，其使用的传感器主要有激光雷达或者摄像头，后期加入的惯性测量单元(IMU)等传感器。SLAM通过处理这些来自传感器的数据，一边进行自我定位，一边实现环境地图的构建。SLAM有两种实现形式分别为激光SLAM和视觉SLAM。激光雷达同步定位与地图（SLAM）原理综合测试在SLAM过程中，自动驾驶试验车在行驶过程中通过IMU计算得到里程计信息，结合假设的运动模型对自身位姿初估计，然后将激光雷达扫描获取的不同帧的点云数据提取特征，求使得特征匹配误差最小的车辆的位姿变换矩阵，从而得到不同时刻的精确位姿信息。在获得精确位姿后，将激光点云添加到栅格地图中，反复操作，最终完成整个场景地图的构建和车辆定位。激光雷达同步定位与地图（SLAM）原理建图流程综合测试在进行基于激光雷达自动驾驶过程中，需要对激光雷达点云进行特别处理，处理工作主要包括激光点云特征提取，按照空间尺寸分为局部特征以及全局特征。局部特征为几何形状特征描述，全局特征为拓扑特征描述，如物体遮挡等。激光点云的法向量是点云处理，如分割、聚类和重建的基础。法向量是利用临近点拟合曲面或者平面，求得法向量。激光点云配准，将多个角度采集下来的数据进行拼接，消除误差并统一坐标系。激光点云分割，为了识别特征，需要将几何形状与特征分割出来。点云数据处理综合测试PCL库提供了大量的数据类型和数据结构，能够方便的表示激光点云位置，反射强度等属性，同时还提供大量的先进算法对点云数据进行处理，比如滤波，点云配准，平面分割及表面重建等。通过激光雷达采集的点云数据是以消息数据类型在各节点之间传递的。点云数据处理点云数据处理流程综合测试循迹测试应在包含直线和曲线车道组合的场地进行。激光雷达自动驾驶循线的操作流程，需要首先人为操控车辆对循迹过程进行“录制”，然后调取自动驾驶程序，使车辆自主行驶。自动驾驶循迹系统综合测试操作流程综合测试自动驾驶循迹系统综合测试操作流程自动驾驶循迹系统综合测试通过标准主要包括车辆是否可以完成行驶环境点云建图、是否可以记录行驶轨迹、是否可以完成循迹自动驾驶三项。在自动驾驶循迹过程中，车辆行驶路径不得与录制路径有明显偏差，包括直道与弯道的行驶全程。行驶速度应符合预设数值且车辆匀速行驶。全程不得出现车辆急停、自动驾驶功能自动退出以及故障灯闪亮等问题。自动驾驶循迹系统综合测试通过标准综合测试•两名同学负责安全性检查。•两名同学负责记录。•一名同学负责整体检查。

综合测试自动驾驶循迹系统综合测试综合测试实训汽车正确放置。检查结果记录及问题记录。

综合测试智能网联实训汽车智能驾驶教学平台实训服装纸、笔车辆技术手册综合测试防止磕碰注意用电安全•检查数据，防止误读•

保持场地清洁综合测试准备工作是否完备。检查情况是否记录。数据记录是否